авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |
-- [ Страница 1 ] --

ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ

Секция 3

Секция 3 Энергетическая безопасность и

энергосбережение

УДК 681.3.06:66:048.57

О влиянии центробежных сил на полноту сгорания унитарных твердых топлив при

тепловом воздействии на промышленные стоки

В.Д. Барсуков, С.А. Басалаев, С.В. Голдаев* *Томский политехнический университет, г. Томск, Россия Научно-исследовательский институт прикладной математики и механики Томского государственного университета, г. Томск, Россия E-mail: svgoldaev@tpu. Ru Огневые методы применяются для обезвреживания промышленных сточных вод, содержащих большое количество органических примесей [1]. Они базируются на окислении токсичных органических примесей высокотемпературными продуктами сгорания химического топлива.

Практическая реализация части огневых методов осуществляется использованием аппаратов погружного горения, представляющих собой цилиндрические сосуды с коническими днищами и сферическими крышками, на которых установлена погружная горелка с выносной камерой сгорания, рассчитанной на сжигание природного газа, непрерывного подаваемого в нее [1].

Частичное охлаждение дымовых газов до эксплуатационного уровня 800…900оС, поступающих из камеры сгорания, осуществляется за счет смешения их с холодным воздухом.

Для обеспечения долговечности работы погружная горелка снаружи имеет футерованный кожух.

Истекающие из сопла газы барботируют через стоки и создают необходимую для их испарения тепловую нагрузку [1].

В работе [2] представлен качественный анализ возможности применения для обезвреживания промышленных сточных вод открытого газогенератора (ОГ), представляющего шашку твердого топлива баллиститного типа, имеющего полость, свободно сообщающуюся с внешней средой. Размеры полости выбраны с таким расчетом, чтобы на протяжении времени функционирования его в жидкой среде, истечение газов было дозвуковым. При этом осуществляется устойчивое функционирование. Отсутствие металлического корпуса снижает цену подобного устройства [3]. Использование барботажа продуктов сгорания через сточные воды способствует термическому воздействию на них. Дополнительная интенсификация процесса термического обезвреживания достигается при обеспечении вращения жидкости.

На основе предложенной в работе [4] физико-математической модели движения одиночного пузырька, заполненного высокотемпературными продуктами горения, в условиях воздействия массовых сил, осуществлен анализ снижения температуры газа внутри пузырька с изменяющейся вместимостью. Интенсивность теплообмена свободной конвекцией учитывалась через увеличение полного ускорения, обусловленного вращением системы, а также изменением плотности газа внутри пузырька, которая зависела от полного гидростатического давления, равного гидростатическому давлению плюс прирост давления, обусловленный влиянием центробежных сил и сил поверхностного натяжения [5]. Установлено, что увеличение перегрузки приводит к более интенсивному охлаждению и температура газа гораздо раньше приближается к температуре воды.

Эффективное использование ОГ в устройствах подъема с глубин 300…500 м затонувших объектов обеспечивается воздействием на горение УТТ окружающих давлений 3…5 МПа [3].

Однако при сжигании УТТ в диапазоне малых гидростатических давлений начинают сказываться эффекты химической неполноты, проявляющиеся в образовании промежуточных газообразных продуктов [6,7], для удаления которых требуется оснастить рабочий участок дополнительными средствами вентиляции. По этой причине большинство ракетных двигателей и газогенераторов на твердом топливе, в том числе и предназначенные для эксплуатации в жидкой среде, имеют прочные корпуса, выдерживающие перепад давлений, превышающий 0,3 МПа [6 –8].

Снижение отрицательного воздействия отмеченного эффекта может быть достигнуто за счет вращения стоков, окружающих ОГ. Поскольку прирост гидростатического давления жидкости в поле центробежных сил пропорционален квадрату угловой скорости [5], поэтому можно варьировать этот прирост, изменяя число оборотов кассеты, в которой установлены ОГ.

ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция В работе [9] приведены результаты осуществления подводного горения УТТ типа Н в поле центробежных сил с помощью специального устройства, содержащего установленную на электромоторе горизонтально ориентированную дискообразную камеру сжигания с осевым отверстием в верхней части для выхода газов [10].

Опыты проводились при атмосферном давлении. Образцы диаметром 20 мм и высотой мм на каждом торце имели углубления. В одном из них устанавливался воспламенитель в виде спирали накаливания, а в противоположном – размещалась навеска чёрного пороха массой 0,5 г.

На боковую поверхность образца и на торец с навеской пороха наносилась бронировка из эпоксидной смолы.

Установлено, что при совпадении направлений действия перегрузки и распространения фронта газообразования («положительная» перегрузка) скорость горения возрастает с увеличением действия массовых сил.

На основе сравнения линейных скоростей горения УТТ, полученных в бомбе постоянного давления при горении в газовой среде, и при подводном горении в поле центробежных сил, был сделан вывод о том, что увеличение скорости во втором случае связано с соответствующим повышением гидростатического давления воды.

Таким образом, сжигание унитарных твердых топлив в установке, где на обезвреживаемые сточные воды действует центробежная сила, позволяет не только интенсифицировать процесс теплообмена между продуктами сгорания и окружающей жидкостью, но и повышает полноту химического тепловыделения и снижает количество промежуточных газообразных продуктов, удаление которых должно осуществляться специальными вентиляционными средствами.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (номер проекта 09-03-00054-а).

Список литературы:

1. Алабовский А.Н., Удыма П.Г. Аппараты погружного горения – М.: Изд-во МЭИ, 1994. – 256 с.

2. Басалаев С.А., Барсуков В.Д., Голдаев С.В. Об использовании центробежных сил для интенсификации теплового воздействия на промышленные стоки при горении в них унитарных твердых топлив / Энергетика и человек: Сб. трудов международной молодежной научной школы – Томск: Изд-во ТПУ, 2011. – С.176–179.

3. Барсуков В.Д., Голдаев С.В. Подводное зажигание и горение унитарных твердых топлив.

Теория, эксперимент, технические приложения. Томск: Изд. Томского. ун–та. – 2003. – 352 с.

4. Барсуков В.Д., Голдаев С.В. Анализ влияния перегрузки на всплытие в воде пузырька нагретого газа. – Изв. вузов. Физика – 2010. –№12/2. –С.35–39.

5. Веркин Б.И., Кириченко Ю.А., Русанов К.В. Теплообмен при кипении в полях массовых сил различной интенсивности – Киев: Наукова думка, 1988. – 256 с.

6. Присняков В.Ф. Динамика ракетных двигателей твердого топлива. – М.: Машиностроение,1984.

– 248 с.

7. Шишков А.А., Панин С.Д., Румянцев Б.В. Рабочие процессы в ракетных двигателях твёрдого топлива: Справочник. – М.: Машиностроение, 1989. – 240 с.

8. Мухутдинов А.Р., Тахавутдинов Р.Г., Корсуков М.С. Моделирование и разработка теплогенерирующих устройств на основе твёрдого топлива, эксплуатируемых в жидкой среде // Проблемы энергетики. 2007. № 3–4. С. 76 – 82.

9. Исследование подводного горения конденсированных веществ в поле центробежных сил /В.Д.

Барсуков, С.А. Басалаев, С.В. Голдаев и др. Изв. вузов. Физика – 2010. –№12/2. –С.31–34.

10. Патент 2425283 РФ, МПК F23B 99/00, F02K 9/08. Устройство для исследования подводного горения унитарных твёрдых топлив при перегрузках / В.Д. Барсуков, С.В. Голдаев, К.В.

Пахнутов, С.А. Басалаев. Заявл. 11.08.2009;

Опубл. 27.07.2011 Бюл. № 21.

Энергия. Взаимосвязь цены и спроса О.В. Белова *Томский политехнический университет, г. Томск, Россия Мировая экономика в течение последних лет демонстрирует достаточно высокие темпы экономического роста, несмотря на сохраняющийся с 2002 г. рост цен на топливно-энергетические ресурсы. Реформирование национальных систем энергетики в ряде стран на основе конкурентных энергетических рынков началось достаточно давно. Великобритания и Норвегия, Франция и Соединенные штаты пошли разными путями к реализации в энергетики философии «свободного предпринимательства». Основным ориентиром преобразований предполагается глобальная цель:

ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция повышение эффективности энергообеспечения как основы экономического роста и подъема жизненного уровня населения [1].

Тарифное регулирование на электрическую и тепловую энергию является одним из самых ответственных элементов воздействия государства на отношения, складывающиеся в этой сфере.

Оно направлено на достижение:

антимонопольной защиты потребителей от необоснованного повышения цены и дискриминации при разнесении общих издержек энергосбережения;

устойчивого обеспечения финансовыми ресурсами энергокомпаний для покрытия их затрат;

стимулирования снижения издержек производства и рационализации энергопотребления;

повышения эффективности энергоиспользования и стимулирования энергосбережения;

финансовой поддержки отдельных потребителей и социальной защиты населения.

Таким образом, уже при формировании тарифов предполагается их стимулирующая энергосбережение роль. Однако связь между уровнем тарифа и интенсивностью энергосбережения представляется не вполне отчетливой. Несмотря на рост тарифов последние 10 – 15 лет спрос на энергию продолжает расти. Это противоречит основному закону рынка. Вот что пишет Пол Хейне [2]: «Когда какого-нибудь блага становится мало – предложения уменьшаются по сравнению со спросом – его цена повышается. Возросшая цена побуждает покупателей приобретать меньше, оставляя тем самым больше другим. Она побуждает поставщиков производить больше.

Понизившаяся цена сигнализирует о том, что благо стало менее редким. Цена побуждает покупателей заменять им другие блага и направляет усилия поставщиков на производство других, более ценных благ».

Рис. 1. Потребление электроэнергии в Томской области в 1993-2010 гг.

В случае электрической и тепловой энергии координирующая роль цены проявляется совершенно по-иному. На рисунке 1 общая тенденция спроса на электроэнергию в Томской области складывается из естественного ежегодного прироста и снижения из-за кризисных явлений в экономике 1998 и 2008 годов и определенных мер по энергосбережению, проведенных в этот период.

Средний ежегодный прирост потребления электроэнергии за этот период составил млн.кВт·ч или 2.52%.

На рисунке 2 показано изменение среднего тарифа на электроэнергию за этот же период.

Средний ежегодный прирост тарифа за этот же период составил 6.1 руб./100кВт·ч или 9.1%. Таким образом, тарифы росли существенно быстрее, чем спрос. Эластичность спроса имеет отрицательный знак. Она определяется как процентное изменение величины спроса деленное на процентное изменение цены. В нашем случае средняя эластичность составила – 0.28. Спрос неэластичен. Рост цены сопровождается ростом спроса. Более того, коэффициент корреляции между ними равен 0.861. Разумеется, нельзя считать, что рост тарифа вызывает увеличение ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция спроса. Видимо электроэнергия для населения и экономики области является столь важной ценностью, что, несмотря на рост тарифа, потребление растет.

Рис. 2. Изменение среднего тарифа на электроэнергию.

Потребление тепловой энергии в Томской области изменяется в значительно более широких пределах, и характер этих изменений представляется совершенно иным. На рисунке показано как изменяется спрос на централизованное тепло и тариф на него.

Рис. 3. Взаимосвязь изменений спроса и тарифа на тепловую энергию в Томской области.

Здесь выявляется довольно странное взаимодействие спроса и тарифа. Следует отметить, что коэффициент корреляции между ними равен - 0.56. Это говорит о наличии незначительной ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция отрицательной статической корреляционной связи между этими параметрами. С ростом тарифа спрос на тепловую энергию снижается. Что касается коэффициента эластичности, то он равен – 1.6. В отличие от электроэнергии он имеет противоположный знак – рост тарифа сопровождается некоторым снижением спроса. Средний ежегодный прирост тарифа на тепловую энергию за этот период в Томской области составил 13.3%, а среднее ежегодное снижение потребления тепла из централизованных источников – 7.3%.

Причины существенного снижения потребления тепла заключается в массовом отказе промышленных и подобных им потребителей от использования тепла из централизованных источников и перехода на его выработку в собственных котельных.

Можно ожидать продолжения процесса снижения спроса в связи с реализацией энергосберегающих мероприятий по областной программе: Повышения энергетической эффективности на территории Томской области на перспективу до 2020 года.

Выводы:

1. Потребление топливно-энергетических ресурсов в территориальных образованиях (область) определяется совместным действием многих факторов, среди которых природно климатические, естественно-приростные, социально-экономические и энергосберегательные действуют в противоположных направлениях. Так, несмотря на рост тарифов спрос на электроэнергию за период 1993 – 2010 возрастал со среднегодовым темпом 2.52%. Спрос на тепловую энергию за период с 1995 по 2010 годы имеет тенденции к снижению с темпом 7.3% в год.

2. Взаимосвязь между спросом на электроэнергию и тарифом говорит о неэластичности.

Коэффициент эластичности равен – 0.28. Взаимосвязь между спросом на тепло из централизованных источников и тарифом проявляется отчетливо.

Список литературы:

1. Гительман Л.Д., Ратников Б.Е. Рынки электроэнергии. – Екатеринбург/Изд-во Ур О РАН, 1997, 65 с.

2. Хейне П. Экономический образ мышления. Перевод с англ. Издание 2-е. – Москва/Изд-во Дело, 1993, 744 с.

Показатели энергоемкости валового регионального продукта субъектов сибирского федерального округа (на примере Красноярского края и Томской области) М.В. Вахнер Томский Политехнический Университет, г. Томск, Россия vahkner@sibmail.com В данной статье показана структура валового регионального продукта субъектов Сибирского Федерального округа. На примере Красноярского края и Томской области проведен анализ изменения потребления энергии, рассчитаны показатели энергоемкости ВРП и экономия энергоресурсов за период 2007-2009 гг. Также представлена динамика изменения энергоемкости ВРП и ВДС этих регионов.

Красноярский край и Томская область – субъекты Сибирского Федерального округа, площадь которых составляет 2366,8 тыс. кв. км. и 314,4 тыс. кв. км. соответственно, доля ВРП Красноярского края в ВВП Российской Федерации достигает 1,11%, доля ВРП Томской области – 0,61% Данные субъекты имеют высокий уровень удельного производства ВРП на душу населения обусловленный высокой в среднем по Сибирскому Федеральному округу производительностью труда и более высокой занятостью населения. (В 2009 году ВРП на душу населения в Красноярском крае составил 258834,6 руб./чел., в Томской области - 232901,1 руб./чел.) В структуре валовой добавленной стоимости субъектов преобладает высокая доля электроемких отраслей специализации, так доля промышленности составляет 48% в Красноярском крае и 45% в Томской области, и низкая доля сфера услуг. Подробная структура валовой добавленной стоимости представлена на рисунке 1.

Структура валовой добавленной стоимости за период с 2005 по 2009 гг. меняется значительно, доля промышленности в Красноярском крае сократилась на 10%, в Томской области – на 13%.

Структурные сдвиги в экономике субъектов оказывают большое влияние на энергоемкость ВРП.

ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция Рис. 1. Структура валовой добавленной стоимости Красноярского края и Томской области соответственно по видам экономической деятельности в 2009 году, % Рис. 2. Структура валовой добавленной стоимости Красноярского края и Томской области соответственно по видам экономической деятельности в 2005 году, % На основе данных ТЭБ Красноярского края была определена структура прироста потребление первичной энергии по основным секторам. За период с 2005 по 2008 гг. 41% прироста пришлось на строительство, 22% - на промышленность (из них 20,5% прироста пришлось на обрабатывающие производства, почти 1% - на производство и распределение электроэнергии, воды и газа), 6% - на транспорт и связь. Больше 15% прироста потребления энергии в 2009 году по отношению к 2006 году пришлось на прочие виды деятельности, включающее коммунальное хозяйство. Наиболее резкий прирост потребления произошел в году, в кризисном 2009 году потребление энергии снизилось в 1,5 раза.

Рис. 3. Динамика ВРП и электроемкости Красноярского края и Томской области соответственно Такую же картину мы видим в Томской области, резкий прирост потребления был в году, затем так же снижение в кризисном 2009 году. Годовой прирост потребления энергии в промышленном секторе составил 1,3%, потребление в секторе прочих видов деятельности ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция увеличилось в 4,4 раза. Разный характер потребление энергии имеет сельскохозяйственный сектор экономики, в Томской области, в отличие от Красноярского края, потребление энергии растет, и годовой прирост в 2008 году составил 75%.

В 2005-2009 годах энергоемкость ВРП Красноярского края снизилась практически в раза, или на 42%. В среднем она снижалась на 8,4% в год. В 2009 году энергоемкость Красноярского края снизилась только на 2% по сравнению с уровнем 2008 года, это связано с незначительным ростом ВРП края (всего 1,4%). Это обстоятельство существенно затрудняет решение задачи по снижению энергоемкости на 40% от уровня 2007 года к 2020 году. В Томской области также была тенденция снижение энергоемкости до 2008 года, в среднем снижение в год составляло 4,2. Динамика энергоемкости ВРП и самого валового регионального продукта показана на рисунки 3.

Наиболее электроемкими секторами экономика является промышленность, прочие виды деятельности, включающее коммунальное хозяйство. В период с 2005 по 2008 гг. энергоемкость промышленности снизилась на 23% в Красноярском крае, и с 2007 по 2008 гг. – на 18% в Томской области. В основном это происходило за счет структурных сдвигов в экономике (снижение доли энергоемкой промышленной продукции).

Таблица 1. Энергоемкость валовой добавленной стоимости Красноярского края в 2008 году Энергоемкость ВДС Энергоемкость рубля заработной т.у.т/1000 рублей платы, т.у.т/1000 руб.

Промышленность, всего 425,1 440, Добыча ПИ 20,1 23, Обрабатывающее производство 802,2 1760, Производство ЭЭ 63,8 89, Строительство 10,5 28, Сельское хозяйство 15,0 73, Транспорт и связь 21,0 71, Прочие 296,1 182, Торговля 10,8 69, Таблица 2. Энергоемкость валовой добавленной стоимости Томской области в 2008 году.

Энергоемкость ВДС Энергоемкость рубля т.у.т/1000 рублей заработной платы, т.у.т/1000 руб.

Промышленность, всего 81,7 118, Строительство 3,5 4, Сельское хозяйство 52,1 75, Транспорт и связь 20,1 25, Прочие 474,1 115, Торговля 0,79  0,1  Экономия энергоресурсов за счет снижение энергоемкости ВРП в 2009 году по отношению к уровню 2007 года в Красноярском крае составила 16004 тыс. т.у.т, из них электроэнергия -15290 тыс. т.у.т, дизельное топливо – 2127 тыс. ту.т, нефть – 514 тыс. т.ут. В Томской области этот экономия не значительна 165 тыс. т.у.т электроэнергии, 456 тыс. т.у.т тепловой энергии, 358 тыс. т.у.т. нефтепродуктов.

Таким образом, снижение энергоемкости ВРП субъектов Сибирского Федерального округа имело место за счет структурного фактора или за счет неравномерности роста индикаторов экономической активности в разных секторах энергопотребления по отношению к ВРП. Роль технологического фактора ограничена. Для решения задачи по снижению энергоемкости ВРП на 40% к 2020 году от уровня 2007 года необходимо существенно повысить вклад технологического фактора в снижение ВРП регионов.

Список литературы:

1. Литвак В.В. Основы регионального энергосбережения (научно---технические и производственные аспекты) – Изд. 2-е испр. - Томск: Изд-во НТЛ, 2007. – 288 с.

2. Яворский М.И., Литвак В.В., Огородникова О.В. «Дорожная карта» энергосбережения и повышения энергетической эффективности // Журнал «Энергосбережение». – 2010. – № 5. – С.

32–35.

ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция 3. Башмаков И.А. Динамика энергоемкости валового регионального продукта Москвы// Журнал Энергосбережение – 2011 - № 4. Функционирование и развитие электроэнергетики Российской Федерации в 2009 году // Информационно-аналитический доклад – Министерство энергетики РФ -http://www.e apbe.ru/upload/iblock/b0e/doklad2009.pdf Основные критерии для классификации медицинских учреждений по энергоэффективности Ю.Н. Вербич Томский политехнический университет, г. Томск, Россия ski-89@mail.ru С каждым годом необходимость дальнейшей работы в области повышения эффективности потребления энергии становится всё острее. Низкая энергетическая эффективность, гигантские энергозатраты на производство продукции снижают конкурентоспособность российской экономики и в дальнейшем могут привести к серьёзным последствиям в этой сфере. Снижается потенциал экспорта энергоресурсов. При повышении тарифов растет социальная напряженность. Масса денег уходит на строительство и ремонт систем энергоснабжения, около 60 % коммунальных сетей уже находятся в аварийном состоянии. И с каждым годом положение становится все отчаяннее. Энергосбережение в современных экономических условиях является не просто составной частью, а ключевым элементом реформы.

В мировой практике важным инструментом энергосберегающей политики является информирование об энергоэффективности электробытовых приборов, строительных и теплоизоляционных материалов, зданий, коммунального теплоэнергетического оборудования, автотранспорта. Маркировка (этикетирование) являются лучшими способами получения информации об энергетической эффективности оборудования или объекта. За рубежом уже давно успешно используются различные методики присвоения зданиям уровней энергоиндексации в ходе энергообследования объекта. В дальнейшем класс энергоэффективности заносится в энергетический паспорт здания. Вся эта классификация приносит пользу для энергосбережения в целом и делает её более эффективной. В России это явление новое и только начинает развиваться.

Использование зарубежных методик классификации зданий не представляется возможным.

Методы расчетов, применяемые для оценки энергоэффективности в различных странах, значительно различаются. Одна из причин – Директива по энергетическим характеристикам зданий, которая задаёт общие рамки и оставляет контроль над деталями за государствами. Но даже если в будущем методики энергоэффективности будут полностью урегулированы, по прежнему сохранится большое количество различий на национальном уровне, которые будут влиять на энергопотребление. Например, требования охраны труда, которые влияют на уровень воздухообмена зданий, качество внутреннего микроклимата и климатические условия в силу географического расположения, строительные нормы и т.д. Всё это не позволяет использовать зарубежные методики классификации.

В ноябре 2009 года был принят закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» Впоследствии к закону прилагались «правила определения класса энергетической эффективности многоквартирных домов». Использованная в этом законе методика классификации неприменима для медицинских зданий, муниципальных учреждений, зданий производства и других объектов социальных сфер Российской Федерации. Энергетическая эффективность зданий должна рассчитываться на основании методик, которые будут учитывать особенности каждого социального здания, и включать в себя такие факты как тепловая изоляция домов, эффективность систем отопления, кондиционирования и установленное оборудование.

Медицинские объекты являются важнейшими объектами энергоснабжения в нашей стране и принадлежат к особой группе по энергоснабжению, но не подлежат энергоиндексации, что пагубно влияет на энергоэффективность в этой социальной отрасли в целом. Целью данной статьи является определение основных критериев для создания методики классификации медицинских учреждений по энергоэффективности.

Энергоэффективность зданий зависит в основном от качества их эксплуатации, которое определяется не только наличием современных приборов, но и соответствующей организацией эксплуатационных служб.

Медицинские учреждения являются потребителями:

ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция • Тепловой энергии в виде отопления, ГВС, вентиляции, технологического тепла, потерь;

• Электроэнергии в виде освещения, работы оборудования и различных установок, потерь;

• Холода в холодильных камерах (отрицательное тепло);

• Невозобновляемых источников энергии: газ, уголь и т.д.

Исходя из типов потребления энергии медицинскими учреждениями можно составить основные критерии, по которым стоит рассматривать общую энергоэффективность медицинских учреждений:

• термическое сопротивление здания. На сделанных из космоса инфракрасных снимках российские города выглядят как сияющие точки. Настолько много тепла выделяют дома старой постройки через щели в окнах, стенах и крышу! Наличие большого количества сосулек на крышах домов – это первый признак некачественной теплоизоляции крыши, т.к.

теплый воздух нагревает крышу, снежный покров подтаивает, и образуются сосульки.

Общее термическое сопротивление здания складывается из сопротивления покрытия, стен, окон;

• годовое потребление электрической энергии системами на оборудование и освещение. Как правило, в различных организациях ведется постоянный учет расхода электроэнергии, оборудован ее входной коммерческий учет на ТП, на распределительных устройствах для крупных внутренних потребителей и на индивидуальных вводах установлены электросчетчики;

• удельное годовое потребление тепловой энергии системам. Это количество полезной тепловой энергии за отопительный период, израсходованное на компенсацию теплопотерь здания с учетом воздухообмена и дополнительных тепловыделений при нормируемых параметрах микроклимата помещений в нем, отнесенное к единице площади пола квартир здания (или отапливаемой площади одноквартирных домов), и градусо-суткам отопительного периода;

• количество углекислого газа выброшенного в воздух. В результате сжигания на Земле органических топлив происходит ежегодный прирост выбросов CO2 сверх сбалансированного круговорота, что способствует образованию парникового эффекта. На долю ТЭС приходится примерно 22 % общих мировых выбросов CO2. Россия взяла на себя обязательства до 2008 – 2012 гг. не превышать выбросы парниковых газов относительно уровня 1990 г. Удельный выброс CO2 на единицу выработанной электрической и тепловой энергии в РФ составляет 0,414 кг/(кВтч). Для расчёта выброса углекислого газа применяются коэффициенты эмиссии, которые приведены в (табл. 1). На основании этого показателя можно судить об энергоэффективности предприятий.

Пример расчета одного из критериев определения класса энергоэффективности – количество углекислого газа выброшенного в воздух при сжигании топлива.

Воспользуемся коэффициентом эмиссии углекислого газа (табл. 1).

Таблица 1. Коэффициенты эмиссии углекислого газа Коэффициенты эмиссии CO Вид топлива тCO2 / т. у.т тCO2 / ГДж Твердое 2,76 25, Газообразное 1,62 15, Мазут 2,28 21, В среднем для производства 1 кВтч требуется 400 г.у. т, следовательно:

2,76 гC O 1 г. у.т 2,76 400 = 1104 гC O 1104 гC O 1кВ т ч Зная годовое потребление электрической энергии можно получить количество выброшенного при этом CO2 в год для дальнейшего анализа.

Предполагаемая таблица для определения класса энергоэфективности:

ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция Соответствие Показатель Единица измерения Количество классу 1.Общие характеристики зданий м 1.1Общая площадь 1.2 Количество этажей Эт.

1.3 Количество людей Чел.

2.Энергетические показатели Стены 2.1 Термическое Окна м2 К/ Вт сопротивление Покрытия Общее 2.2 Годовое Освещение потребление КВт ч / м электрической Оборудование энергии Отопление ГВС 2.3 Годовое КВт ч / м потребление Вентиляция тепловой энергии Холодильные установки 2.4 Количество углекислого газа кгCO 2 / м выброшенного в воздух Список литературы:

1. Специализированный журнал №7 – Энергосбережение, 2007 – 94 с.

2. В.И. Беспалов, С.У. Беспалова, М.А. Вагнер Природоохранные технологии на ТЭС: учебное пособие;

Томский политехнический университет. – 2-е изд. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 240 с.

3. www.pamag.ru Комплексный подход к энергосбережению на примере реновации оборудования фермерского хозяйства Д.М. Глухов, А.М. Ефанов, И.С. Воронков ООО «Энергобаланс» г. Воронеж, Россия E-mail: mitbor@rambler.ru 23 ноября 2009 г. Президент Российской Федерации Д.А. Медведев подписал Федеральный закон № 261-ФЗ [1], который регулирует отношения по энергосбережению и повышению энергетической эффективности, с целью создания правовых, экономических и организационных основ стимулирования энергосбережения и повышения энергетической эффективности. Подобный уровень обозначения проблемы свидетельствует о том, что актуальность энергосбережения на сегодня высока, как никогда прежде.

В условиях экономического кризиса, проблемы энергосбережения особенно актуальны для представителей малого и среднего бизнеса различных видов деятельности. В частности, для фермерских хозяйств, созданных на базе бывших колхозов или совхозов с их устаревшим энегохозяйством, расходы на электроэнергию могут быть настолько велики, что достижение какой-либо осязаемой прибыли становится весьма затруднительным.

Общие принципы энергосбережения давно известны. Это, в первую очередь, утепление помещений. Во-вторых, учитывая то обстоятельство, что зачастую электрообогрев является единственным способом отопления, в настоящее время существует много современных способов ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция отопления, имеющих явные преимущества по сравнению с традиционными: длинноволновые обогреватели, теплые полы, теплонакопители. [2].

Целью работы является рассмотрение комплексного подхода к энергосбережению – снижение расходов на электроэнергию путём применения комплексно-инновационного подхода к электро- и теплосбережению.

На сегодняшний день одним из самых эффективных методом достижения энергосбережения является энергоаудит [3]. Энергоаудит или энергетическое обследование предприятий и организаций предполагает оценку всех аспектов деятельности предприятия, которые связаны с затратами на топливо, энергию различных видов и некоторые ресурсы, например, воду. Цель энергоаудита — оценить эффективность использования топливно энергетических ресурсов и разработать эффективные меры для снижения затрат предприятия.

Часто, вернее — всегда, перед заключением договора на энергоаудит, заказчика интересуют результаты будущей работы. Авторы считают необходимым заявить, что любые количественные прогнозы результатов предстоящего энергетического обследования безосновательны, недостоверны и потому не могут иметь практического смысла.

Дело в том, что максимальный потенциал повышения энергоэффективности имеет место на предприятиях, характеризующихся: а) низким уровнем производственной активности;

б) значительными структурными изменениями основного производства;

в) примитивной кадровой политикой омоложения и сокращения штатов;

г) безсистемно реализуемой модернизацией объектов энергохозяйства, приводящей к деградации проектных схем ресурсообеспечения.

На современных, устойчиво работающих производствах потенциальные возможности увеличения эффективности использования ресурсов минимальны, поэтому гарантий какой-либо результативности при оценке энергоэффективности энергоиспользования грамотный и честный энергоаудитор вам не даст.

Советская государственная политика заниженных цен на энергоресурсы, доля которых в себестоимости промышленной продукции составляла до нескольких процентов, а в коммунальную сферу ресурсы отдавались в 3 раза ниже себестоимости, обусловила низкую эффективность энергоиспользования. В настоящее время ситуация кардинально изменилась.

С одной стороны, ввиду быстрого увеличения цен на энергоносители, затраты на них и в коммунальной сфере и в промышленности выросли многократно, и только в себестоимости промышленной продукции составляют от 10% до 40%, а иногда и более. С другой стороны, положение с энергоэффективностью свидетельствует о значительных резервах экономии энергоресурсов.

А теперь перейдём к практическому опыту реализации энергоаудита на примере небольшого фермерского хозяйства. Для достижения экономии в потреблении хозяйством электроэнергии были предприняты следующие шаги.

Для уличного освещения вместо ламп накаливания 300 Вт применили энергосберегающие натриевые лампы 70 Вт с фотодатчиками, а в помещениях офиса, гостиницы, жилого дома и мастерской – бытовые энергосберегающие лампы и датчики движения и присутствия. В свинарнике и МТФ применили дежурный свет и датчики движения при раздаче кормов в целях оптимизации режима дополнительного освещения. Крупоцех, маслоцех, зерносклад, помимо оптимизации энергопотребления на освещение вышеперечисленными способами, были оборудованы частотными преобразователями для управления асинхронными двигателями. Была модернизирована также система электроприводов зерноочистительного комплекса. На трансформаторной подстанции фермы заменили трансформаторы тока и приборы учета электроэнергии с повышенным классом точности и смонтировали автоматическую установку компенсации реактивной мощности для поддержания cos на уровне 0,9. Провели лабораторные испытания электрооборудования, кабельных линий, электропроводки и, соответственно, заменили несоответствующие нормам ПУЭ.

Оборудование крупоцеха и зерносклада, по технологическому процессу требующее электроподогрева, было утеплено новейшим жидконаносимым теплоизоляционным покрытием «ИзоТерм» (коэффициент =0,004), которое при толщине слоя в 1 мм обеспечило теплоизоляционную эффективность, эквивалентную 100 мм современного минераловатного утеплителя. Все технологические трубопроводы, подводящие горячий теплоноситель, а также электрические котлы отопления и нагрева воды также были покрыты «ИзоТермом».

В итоге суммарная экономия в потреблении электроэнергии фермерского хозяйства составила 30,61% [4]. Срок окупаемости затрат на модернизацию для владельца за счёт экономии на оплату электроэнергии составил 8,2 месяца.

ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция Небольшое лирическое отступление. Необходимо отметить, что «советские» принципы ведения хозяйства экономически неэффективны. Трудно объяснить руководителю хозяйства, работающего на земле, что вложенные средства сегодня вернутся сторицей завтра. Он привык верить в то, что «держит в руках».

Выводы по работе:

1. Дальнейшее эффективное развитие Российской Федерации без внедрения энергосберегающих технологий невозможно.

2. Энергоаудит, проведённый грамотными специалистами, позволит выявить резервы по энергосбережению предприятия.

3. Практические результаты в области повышения энергоэффективности фермерского хозяйства полностью подтвердили результаты теоретических исследований.

4. Использование новейших достижений в области инновационных теплоизолирующих материалов в ряде случаев позволяет решить сложные задачи по теплосбережению.

5. Необходимо развивать «дальновидность и экономический резерв» руководителей предприятий.

В заключение авторы считают нужным отметить, что привычка экономить электроэнергию это признак разумного и современного потребителя. Энергосберегающие технологии доступны ныне каждому, используйте и получайте удовлетворение не только от экономической выгоды, но и от помощи перегруженным, и зачастую пережившим свой срок эксплуатации энергосетям России.

Список литературы:

1. Федеральный закон РФ от 23 ноября 2009 года № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской федерации.

2. http://www.energosbit.net/energosber.htm.

3. http://www.energovent.com/ru/section.php?id=6.

4. http://www.energovrn.ru – акт энергетического обследования фермерского хозяйства, описание продукта «Изотерм».

УДК 621. Реализация в среде турбо паскаль методики прогнозирования показателей надежности объектов, подчиняющихся распределению гаусса С.В. Голдаев, А.М. Коровина, К.Н. Радюк Томский политехнический университет, г. Томск, Россия E-mail: SVGoldaev.tpu@.ru Предложена автоматизированная методика прогнозирования показателей надежности объектов в среде Турбо Паскаль, описываемых нормальным законом, снижающая трудоемкость расчета и повышающая его точность. В ней использованы интерполяционные зависимости для функции Лапласа и квантиля уровня стандартного нормального распределения.

В ходе количественного анализа надежности различных технических систем часто используется нормальное (гауссовское) распределение [1–6]. Например, время восстановления ремонтируемых изделий в ряде случаев приближенно распределено по нормальному закону.

Иногда близко к нему располагается наработка до отказа невосстанавливаемых изделий. Оно применяется и для учета постепенных отказов, возникающих в одной системе независимо от внезапных отказов, описывающихся экспоненциальным распределением. Такую систему представляют состоящей из двух элементов, включенных в смысле надежности последовательно [1]. Распределению Гаусса подчиняются ошибки измерений [5].

Затруднения количественного анализа показателей надежности объектов, обработки статистических данных, подчиняющихся нормальному закону распределения, обусловлены тем, что расчетные формулы содержат определенные интегралы, которые не выражаются через элементарные функции. В ряде источников по надежности [2– 4] и теории вероятностей [5] ограничиваются табличным представлением значений этих интегралов. Рассматриваются иллюстративные примеры, в которых аргументы специальной функции имеют целые значения, что не требует применения интерполяции.

ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция В докладе описан алгоритм, позволяющий заменить использование табличных значений этих интегралов, на интерполяционные формулы и в результате автоматизировать эту процедуру.

Вероятность попадания в интервал (1, 2) значения случайной величины xc, подчиняющейся нормальному закону распределения, вычисляется по формуле 1 a a, P(1 xc 2 ) = 0 2 (1) 0 1 2 где a – параметр, равный математическому ожиданию;

2 – дисперсия случайной величины;

0 (x ) – нормированная функция Лапласа, определяемая в виде x t2.

0 (x ) = (2) exp dt 2 0 Например, расчет нестационарного коэффициента готовности в предположении о том, что времена наработки на отказ и восстановления имеют распределение Гаусса [4], осуществляется с использованием функции (2). Математическая запись теоремы Муавра–Лапласа [5] содержит интеграл вида (2). В ходе проверки гипотезы о нормальном распределении генеральной совокупности по критерию Пирсона приходится многократно вычислять функцию 0 (x ) [1–5].

Нижняя и верхняя доверительные границы для P вычисляются так [2]:

PH (t ) = Pc U D ;

PB (t ) = Pc + U D. (3) Здесь PC (t ) = 1 / 2 0 [(t x c ) / ] – значение оценки надежности из нормальной совокупности;

D 2 (1 + 0,5 z 2 ) / n – приближенное значение дисперсии для n испытаний объекта;

z = (t a ) / ;

= (z ) = exp( z 2 / 2) / 2 ;

U – квантиль уровня стандартного нормального распределения;

параметр = (1 + ) / 2, где – достоверность, равная 0,9;

0,95. При «ручных» расчетах значения U находятся по таблицам [2].

Часто используется функция Лапласа, которая определена в монографии [7] таким образом x exp( t / 2)dt.

L (x ) = (4) Нормированная функция Лапласа в виде (2) связана с (3) таким образом ~ 0 (x ) = 0,5 L (x ). (5) Для нахождения значений 0 (x ) используют табличные данные [3], [5], встроенные функции в Microsoft Excel [4] или в пакет Mathcad [8]. Изучение публикаций в специализированных журналах по теплоэнергетике показало, что до настоящего времени встречаются только модельные задачи, решение которых было получено применением этого пакета.

Однако реализация инженерных методик расчета характеристик теплоэнергетических установок, основанных на использовании громоздких эмпирических зависимостей, в пакете MathCad потребует больших затрат времени, т. к. в математическом обеспечении отсутствуют соответствующие средства.

Можно воспользоваться средой Турбо Паскаль, остающейся эффективным средством выполнения прикладных теплотехнических и надежностных расчетов [9 – 11].

Известен ряд интерполяционных зависимостей для L ( x ). Приведем одну из них, обеспечивающую погрешность менее 1% [7]:

[ ]( ), L ( x ) = 1 exp (2 / k )x 2 / 1 + kx (6) где k = 0,1253.

Формулу (6) можно использовать при расчетах на микрокалькуляторах, а тем более на персональном компьютере в среде Турбо Паскаль, что упрощает количественный анализ надежности различных объектов.

Для вычисления U, входящего в формулы (3), была использована достаточно точная интерполяционная зависимость из [7] [ ] U = 4,91 0,14 (1 ). (7) 0, Таким образом, автоматизация расчета показателей надежности объектов, описываемых нормальным законом, расширяет возможности программного обеспечения (методы структурных ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция схем, статистических испытаний и интенсивностей переходов), реализованного в среде Турбо Паскаль [9], [11].

Список литературы:

1. Надежность теплоэнергетического оборудования ТЭС и АЭС: /Г.П. Гладышев, Р.З. Аминов, В.З. Гуревич и др. – Под ред. А.И. Андрющенко.– М.: Высшая школа,1991. – 303 с.

2. Шубин В.С. Рюмин Ю.А. Надежность оборудования химических и нефтеперерабытывающих производств – М.: Химия, 2006. – 359 с.

3. Голдаев С.В. Надежность и оптимизация систем теплоэнергоснабжения промпредприятий. – Томск: Изд-во ТПУ, 2007. – 168 с.

4. Половко А.М., Гуров С.В. Основы теории надежности /2-ое изд., пераб. и доп. – СПб: БХВ Петербург, 2008 – 704 с.

5. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. – М.:

Наука,1988.– 480 с.

6. Никитин О.Ф. Надежность, диагностика и эксплуатация гидропривода мобильных объектов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 312 с.

7. Кобзарь А.И. Прикладная математическая статистика. Для инженеров и научных работников – М.: Физматлит, 2006. – 816 с.

8. Ивановский Р.И. Теория вероятностей и математическая статистика. Основы, прикладные аспекты с примерами и задачами в среде Mathcad. –СПб:БХВ-Петербург, 2008. – 528 с.

9. Голдаев С.В. Практикум по надежности и оптимизации систем теплоэнергоснабжения. – Томск: Изд-во ТПУ, 2005. – 100 с.

10. Голдаев С. В., Загромов Ю. А., Ковалев М. В. Решение задач по теплотехнике в среде Турбо Паскаль – Томск: Изд-во ТПУ, 2006. – 184 с.

11. Голдаев С.В., Коровина А.М., Радюк К.Н. Автоматизация расчета показателей надежности объектов, подчиняющихся распределению Вейбулла-Гнеденко / Материалы шестнадцатой Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: экология, надежность, безопасность». – Томск: Изд-во ТПУ, 2010. – С.333–335.

УДК 536. Расчет энергетических характеристик композиций, используемых для термогазодинамического воздействия на нефтеносные пласты В.М. Горбенко, М.В. Горбенко Томский политехнический университет, г. Томск, Россия E-mail: gorbenkovm@mail.ru В работе представлены результаты термодинамического расчета энергетических характеристик смесевых композиций, используемых в газогенераторах для термогазодинамического воздействия на призабойную зону скважины. Получено, что смесевая композиция на основе перхлората аммония и активного горючего связующего, содержащая 15 масс. % алюминия имеет наиболее высокие энергетические возможности, высокий газоприход по сравнению с исследованными системами на других типах окислителя, горючего связующего и металлических добавок.

Создание конкурентно способной продукции невозможно без широкого использования новых технологий, обеспечивающих экономию топливных и энергетических ресурсов [1–3]. В настоящее время в России, в частности, в Западной Сибири, крупные нефтяные месторождения характеризуются значительным падением дебита наиболее продуктивных пластов. Доля таких месторождений (по оценкам ИХН СО РАН г. Томск) превышает 40 %. Актуальной задачей является поиск эффективных методов повышения нефтедобычи обедненных пластов. Одним из перспективных методов является метод газодинамического воздействия на призабойную зону скважины (ПЗС). Известно [3], что термогазохимическое воздействие на ПЗС возможно за счет использования газогенераторов, работающих на твердых смесевых композициях (СК). Время сгорания смесевых композиций в газогенераторе регулируется подбором соответствующей рецептуры и может длиться от нескольких минут до долей секунды. В соответствии с этим изменяется и скорость выделения газа при сгорании, что в свою очередь влияет на давление и температуру в зоне горения. Количество подводимых в скважину газов определяется массой заряда газогенератора, которая может варьироваться от 20 до 500 кг.

При сгорании заряда происходит нарастание давления и температуры в зоне горения. Для быстрогорящих композиций давление на забое может достигать 50…120 МПа, так как столб ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция жидкости в скважине играет роль уплотнительного поршня, который не успевает мгновенно сдвинуться с места благодаря своей инерции. При быстром процессе горения осуществляется механическое воздействие на пласт, приводящее к образованию в нем новых трещин и к расширению существующих. Это воздействие аналогично гидроразрыву пласта, но без закрепления образовавшихся трещин наполнителем. При разгрузке давления продукты горения движутся из пласта, вынося расплавы парафинов и смол, песчано-глинистые частицы, продукты химических реакций, тем самым, очищая трещины и перфорированные каналы.

При медленном горении смесевых композиций на забое скважины создается высокая температура (до 350°С), так как на фронте горения СК температура достигает 2000…3500°С. В результате происходит прогрев призабойной зоны скважины. Нагретые газообразные продукты сгорания проникают по порам и трещинам в глубь пласта, расплавляют смолы, асфальтены и парафины, выпавшие в призабойной зоне в процессе эксплуатации скважины. Такое воздействие аналогично термическому воздействию на пласт.

При горении смесевых композиций образуется большое количество газообразных продуктов горения. Физико-химическое воздействие продуктов горения, состоящих в основном из оксида и двуокиси углерода, азота, хлорводородных соединений, проявляется в снижении коэффициентов вязкости и поверхностного натяжения нефти на границе с водой и частичном растворении карбонатных пород в прискважинной зоне обрабатываемого пласта. Это способствует повышению продуктивности скважины.

Следует отметить, также, что процесс горения смесевых композиций в газогенераторе хотя и является кратковременным, но существенно отличается от взрывного. Поэтому вследствие «плавного» нарастания давления в скважине при работе газогенератора в обсадной колонне не возникает остаточных деформаций и не происходит повреждений обсадных труб, что является весьма важным обстоятельством при дальнейшей эксплуатации скважины. К достоинствам термогазодинамического метода можно отнести также достаточно долгий период последействия (до 7 месяцев), дешевизну оборудования и работ. Данный метод может применяться практически на всех видах скважин.

Важным моментом является и то, что газогенераторы, могут применяться не только для повышения нефтеотдачи пластов, но также в системах наддува спасательных средств и понтонов, в системах перекрытия магистралей газо- и нефтепроводов и других объектах народного хозяйства.

Таким образом, актуальной является задача термодинамического моделирования эффективных смесевых композиций, обладающих высокими энергетическими характеристиками, большим газообразованием, допустимым содержанием конденсированных веществ в продуктах сгорания.

Цель работы – расчет энергетических характеристик металлизированных смесевых композиций в зависимости от типа окислителя и горючего-связующего. В качестве металлического горючего использовали алюминий или смесь алюминий/бор.

Термодинамический расчет проведен в допущении полностью равновесных процессов преобразования химической энергии смесевой композиции в теплоту и далее в механическую работу (при расширении продуктов сгорания на выходе из камеры газогенератора).

Известно, что скорость истечения продуктов сгорания определяется по формуле k 2k R p a k, T W= k 1 p где k – показатель адиабаты;

R – универсальная газовая постоянная;

– средняя молярная масса продуктов сгорания;

T – температура;

p – давление в камере газогенератора, pa – давление в его выходном сечении. Скорость истечения продуктов сгорания существенно зависит от T,, k.


Наличие в рецептуре СК металлических частиц (алюминия, бора) приводит к тому, что в продуктах сгорания заряда с газовой фазой содержится конденсированная фаза в виде частиц окислов металлов. Наличие двухфазной смеси ведет к повышению и уменьшению величины показателя адиабаты k. Следует отметить, что присутствие металлических добавок в СК приводит к значительному росту температуры продуктов сгорания, а следовательно, к росту W.

В данной работе по стандартной программе расчета термодинамических равновесий «Астра-4» (МГТУ им. Н.Э. Баумана, [4]) определены энергетические характеристики – адиабатическая температура горения в камере газогенератора (Тад, К);

адиабатическая температура продуктов сгорания (Т, К) и скорость истечения продуктов сгорания (W, м/с) в выходном сечении ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция газогенератора;

удельный объем газа (V, м3/кг);

массовая доля всех конденсированных фаз (z).

Расчеты вели для стандартного значения степени расширения p/pa=40/1. В данной работе проводится сравнительный анализ энергетических возможностей СК на основе перхлората аммония (ПХА), нитрата аммония (НА), двойного бесхлорного окислителя нитрат аммония/энергетическая добавка (НА/ЭД), взятых в соотношении 1/1.

Поскольку выбор связующего очень важен для максимального использования потенциала окислителя, то в расчетах использовали три различных типа связующих, а именно:

инертное горючее-связующее (СКДМ), H= -1086,800 кДж/кг;

активное горючее-связующее (АС 1), H= -1046,672 кДж/кг, коэффициент избытка окислителя =0,61;

активное горючее-связующее (АС 2), H= -1571,680 кДж/кг, =0,41;

В настоящей работе приведены расчетные данные (см. табл.) для систем с фиксированным содержанием энергетического компонента – 15 масс. % Al. При таком содержании алюминия СК близки к оптимуму по энергетике. Также приведены расчеты систем, содержащих смешанное металлическое горючее, где в качестве второго энергетического компонента взят бор. В системах, содержащих смешанное металлическое горючее, содержание алюминия варьировалось от 0 до масс. %, а содержание бора – от 5 до 15 масс. %. В работе рассмотрено такое соотношение компонентов, которое обеспечивает технологичность смесевых композиций, то есть возможность изготовления с удовлетворительными физико-механическими и реологическими характеристиками.

Анализ термодинамических расчетов показал, что система 3 на активном горючем связующем АС 1, содержащая ПХА и алюминий, имеет самую высокую температуру продуктов сгорания, высокую скорость истечения продуктов сгорания, наибольший удельный объем выделившихся газов и сравнительно большое значение массовой доли конденсированной фазы.

Получено, что для системы 4 на двойном бесхлорном окислителе выигрыш в объеме выделившегося газа снижается, а скорость истечения газов увеличивается по сравнению с системой 3. Полная замена ПХА на НА в системах на инертном горючем-связующем приводит к значительному снижению значений T, W и V по сравнению с системой 1.

Таблица 1. Энергетические характеристики систем с различными окислителями и связующими, металлическими добавками Al, B (масс. %) Тад, (К) Т, (К) W, (м/с) V, (м3/кг) z № Системы 1 ПХА+СКДМ+Al(15) 0,5 3074 1757 2404 5,73 0, 2 НА+СКДМ+Al(15) 0,5 1827 1065 1927 3,74 0, 3 ПХА+АС 1+Al(15) 0,9 3687 2747 2406 6,51 0, 4 НА/ЭД+АС 2+Al(15) 0,55 3257 1940 2449 6,19 0, 5 ПХА+СКДМ+Al(0), B(5) 0,5 2264 1370 2239 5,07 0, 6 ПХА+СКДМ+Al(10), B(10) 0,5 2904 1991 2036 5,82 0, 7 ПХА+СКДМ+Al(10), B(15) 0,5 3054 2096 2289 5,69 0, 8 ПХА+СКДМ+Al(20), B(5) 0,5 3267 2233 2366 6,07 0, Для систем 1-4 массовая доля конденсированной фазы составляет z=0,28. Использование смешанного металлического горючего алюминий/бор (системы 5-7) приводит к значительному снижению конденсированной фазы в продуктах сгорания в 1,3…1,75 раза по сравнению с системами 1-4. При этом скорость истечения газов в системах на смешанном металлическом горючем достаточно высокая. Расчеты показали, что присутствие в рецептуре СК алюминия выше 20 масс. % в смешанном металлическом горючем приводит к повышению величины z. Если предположить, что образующаяся конденсированная фаза (преимущественно Al2O3) представляет собой пористую структуру, то это может оказаться полезным для предупреждения смыкания трещин при снятии давления и сохранения проницаемости трещин пласта.

Выводы 1. Эффективность газодинамического воздействия на призабойную зону скважины зависит от энергетических возможностей СК, которые в данном случае могут оцениваться параметрами:

ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция температурой продуктов сгорания, скоростью истечения продуктов сгорания, удельным объемом выделившихся газов и значением массовой доли конденсированной фазы.

2. Из СК на смешанном металлическом горючем интерес представляет система 7, содержащая алюминий (до 10 масс %) и бор (до 15 масс. %). Эта система обеспечивает приемлемо высокий уровень значений T, W и V, при одновременном снижении массовой доли конденсированной фазы в 1,3…1,75 раза по сравнению с системами, содержащими алюминий.

3. В смесевых композициях, содержащих 15 масс % Al, наиболее высокие энергетические характеристики по температуре, скорости, объему и содержанию конденсированной фазы в продуктах сгорания достигаются в системе 3 на основе перхлората аммония и активного горючего-связующего АС 1.

4. При практической реализации исследованных СК использование ультрадисперсных порошков металлов может привести к существенному повышению T, W и V и одновременному снижению содержания конденсированных веществ в продуктах сгорания.

Список литературы:

1. Балакиров Ю.А., Маряк С.Г. Повышение производительности нефтяных пластов и скважин. – Киев: Техника, 1985. – 118 с.

2. Нефтяная энциклопедия. В 3-х т. / Под общ. ред. Валецкого Ю.В. – М.: Моск. отд. «Нефть и газ» МАН, ОАОВНИИО-ЭНГ, 2002.

3. Муравлев Е.В. Дисс. …канд. тех. наук. Бийск. ИПХЭТ СО РАН, 2007. – 121 с.

4. Трусов Б.Г. Астра–4. Моделирование химических и фазовых равновесий при высоких температурах.– М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1991. –35с.

УДК 621. Соблюдение условий электробезопасности в сетях 6-35 кВ с резестированной нейтралью Ю.Л. Жуковский Санкт-Петербургский Государственный Горный Университет, Санкт-Петербург, Россия E-mail: spmi_energo@mail.ru Рассмотрены условия электробезопасности при замыканиях на землю в сети среднего напряжения с нейтралью заземленной через резистор при использовании групповой защиты. Представлен способ выбора значения сопротивления резистора в нейтрали позволяющий обеспечить работоспособность и селективность действия защиты при больших переходных сопротивлениях.

Среднее число повреждений, вызывающих отключения линий электропередач (ЛЭП) напряжением до 35 кВ, составляет около 25 на 100 км линии в год [1]. Не менее 75 % из этих аварийных повреждений в данных сетях связаны с однофазными замыканиями на землю (ОЗЗ).

Рассмотрим условия электробезопасности при замыканиях на землю в сети среднего напряжения с нейтралью заземленной через резистор, которые определяются значениями напряжений, возникающими на заземленном оборудовании. К этим напряжениям относятся:

напряжение на заземляющем устройстве;

напряжение прикосновения;

напряжение шага.

Значения напряжений в свою очередь определяются сопротивлением заземляющего устройства (ЗУ) и параметром прикосновения (шага). Под последним понимается параметр, определяемый степенью выравнивания потенциала, измеряемый в омах и равный отношению возникшего напряжения прикосновения к току, стекающему в землю с заземляющего устройства.

Длительный опыт эксплуатации сетей напряжением 6-35 кВ показывает, что установленная Правилами устройства электроустановок минимальная норма напряжения на заземляющем устройстве 125 В (1.7.57 ПУЭ [2]) в основном обеспечивает безопасность на подстанциях и в местах выноса потенциала с подстанции, например, по нулевым проводам сети 0,4 кВ. Поэтому можно считать, что если напряжение на ЗУ не превышает 125 В, то условия безопасности обеспечены. При норме на сопротивление заземляющего устройства 4 Ома с него может стекать ток до 125/4=31,25 ампера [3].

Таким образом, если сопротивление резистора равно емкостному сопротивлению сети и активный и емкостной токи равны, то значение активного тока не должно превышать 22 А. То есть по условиям электробезопасности сопротивление резистора в нейтрали сети 35 кВ не может быть меньше 920 Ом. Таким образом, грубая оценка позволяет ограничить по условиям электробезопасности сопротивление резистора в нейтрали минимальным значением 920 Ом.

Соответственно при емкостном токе более 22А, выполнение условия электробезопасности сети ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция при выборе сопротивления резистора по условию равенства емкостному сопротивлению сети становится не возможным. Если емкостной ток больше 22 ампер, то в принципе, сопротивление резистора можно увеличить, а активный ток уменьшить, не превышая суммарного тока в 31, ампер, но тогда не будет выполняться принцип равенства емкостного и активного тока предложенный как базовый при выборе сопротивления резистора в нейтрали сети рядом авторов[3,4,5].

В соответствии с ПУЭ требуемая величина коэффициента чувствительности kч для защит, установленных на воздушных ЛЭП, должна быть не ниже 1,5 [2]. Однако стоит учитывать тот факт, что в сети с воздушными ЛЭП в месте (ОЗЗ) может появится переходное сопротивление порядка нескольких кОм и более. При этом напряжение нулевой последовательности на шинах подстанции уменьшится. Во столько же раз уменьшится ток, протекающий через защиту поврежденной линии и коэффициент чувствительности.

Проанализируем, какие значения переходных сопротивлений способна почувствовать защита в сетях разного напряжения с разными величинами токов ОЗЗ при нормируемом коэффициенте чувствительности в режиме металлического замыкания. Для этого воспользуемся следующим выражением приведенным в [5]:


k ч2 ( I R + I с2 ) I с2 I R RП U сети (1) 3 ( I R + I с2 ), где IR - ток заземляющего резистора, IC- емкостной ток, kч - коэффициент чувствительности, Uсети - напряжение сети, RП- величина переходного сопротивления.

Рассмотрим данное выражение в качестве примера для двух вариантов построения защиты от ОЗЗ в сетях 6-35 кВ с резистивно-заземленной нетралью. В первом случае предположим, что для построения защиты от ОЗЗ заземляющий резистор выбирается таким образом, что его ток равен полному емкостному току сети. Тогда соответственно активный ток резистора равен полному ёмкостному току сети и выражение (1) примет вид:

2k ч 1 RП U сети. (2) 2 3I с Во втором случае найдем значение переходного сопротивления, при котором будет обеспечиваться срабатывания групповой защиты (ГЗ) от ОЗЗ. Основу рассматриваемой ГЗ составляют терминалы защиты с обратнозависимой от тока временной характеристикой, подключенные к трансформаторам тока нулевой последовательности (ТТНП) различных присоединений в сетях 6-35 кВ.

Логика защиты предусматривает одновременный пуск всех терминалов при возникновении ОЗЗ в защищаемой сети, и последующий запрет набора выдержки времени по факту срабатывания первого из них. Поскольку в поврежденном присоединении протекает наибольший суммарный ток однофазного замыкания по сравнению с собственным емкостными токами каждого из неповрежденных присоединений, то оно отключается с наименьшей выдержкой времени, согласно выбранной характеристики срабатывания.

Определим первоначально значения сопротивления резистора в нейтрали, при котором будет обеспечиваться селективное срабатывание ГЗ от ОЗЗ для заданной системы электроснабжения. Для этого воспользуемся известным двойным неравенством регламентирующим ток срабатывания защиты от ОЗЗ, с учетом резистивного заземления нейтрали:

( I C1) I л.с. max ) 2 + I R ( I ср.з. min k н k бр I л.с. min (3) kч где kн - коэффициент надёжности, kбр=3-5- коэффициент “броска”, учитывающий бросок емкостного тока в момент возникновения ОЗЗ, а также способность защиты реагировать на него, I C1) - ток однофазного замыкания на землю в данной сети;

Iср.з.– ток срабатывания защиты ( (первичный), Iл.с.– собственный емкостной ток линии.

Введем следующие обозначения коэффициентов долевого участия:

I л.собст. min I I nmin = nmax = л.собст. max nR = (R) I С (1) (1) I С I С,, ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция соответственно линии с наименьшим, наибольшим собственным током в общем токе ОЗЗ и активной составляющей тока заземляющего резистора в общем токе ОЗЗ, тогда выражение (3) можно представить в виде:

( I C1 I C1 nmax ) 2 + I C1 nR k ч k н k бр I C1 nmin () () () 2 (), преобразовав данное выражения получим 2 2 222 nmax 2nmax + n R + 1 k ч k н k бр nmin.

Решим данное неравенство относительно коэффициента долевого участия линии с наибольшим собственным емкостным током в общем токе ОЗЗ:

222 2 nmax = 1 ± k ч k н k бр nmin nR.

Но так как значение долевого участия линии с наибольшим собственным током в общем токе ОЗЗ не может быть больше 1, т.е. больше общего тока однофазного замыкания на землю в данной сети, то окончательно получим:

nmax = 1 k ч k н k бр nmin n R.

2222 Определим при помощи полученного выражения значение коэффициента nR, при котором для данного значения коэффициента долевого участия линии с наименьшим собственным током в общем токе ОЗЗ nmin будет выполнятся условие селективности действия защиты:

nR k ч k н k бр nmin, что равноправно выражению I R k ч k н k бр I л.с. min, I I I где I R - ток заземляющего резистора, при котором будет обеспечиваться срабатывание ГЗ для заданных условий системы электроснабжения. Воспользовавшись полученным выражением, найдем искомое значения сопротивления резистора:

U сети Rрез. (4) 3k ч k н k бр I л.с. min По выражениям (2) и (4) для сети 6-35 кВ с резистивным заземлением нейтрали были рассчитаны наибольшие значения RП в зависимости от емкостного тока сети, которые способна почувствовать защита от ОЗЗ при нормированном коэффициенте чувствительности в режиме металлического ОЗЗ равном kч=1,5. Результаты расчетов показали, что в сети напряжением 35 кВ с полным током ОЗЗ равным 10 ампер при нормированном значении коэффициента чувствительности защита будет работать только при переходном сопротивлении не более RП880 Ом. При использовании ГЗ от ОЗЗ настраиваемой по минимальному собственному емкостному току одной из линий, при коэффициенте долевого участия линии с наименьшим собственным током в общем токе ОЗЗ nmin=0,2, защита будет работать при переходном сопротивлении равном RП1315 Ом. При nmin=0,5 значения переходного сопротивления для ГЗ от ОЗЗ будет уже равно RП1987 Ом, что более чем 2,25 раза больше чем значение переходного сопротивления общепринятых защит для сетей с резистивным заземлением нейтрали основанных на равенстве активных и емкостных токов в сети при ОЗЗ.

Соблюдение условия электробезопасности в защищаемой сети, использование ГЗ от ОЗЗ и способа выбора значения сопротивления резистора в нейтрали по выражению (4) позволит охватить более разветвленную электрически связанную сеть, в сравнении с рядом защит основанных на равенстве активного и емкостного тока сети. При этом работоспособность и селективность действия защиты при больших переходных сопротивлениях, позволят получить большую чувствительность защит от ОЗЗ.

Список литературы:

1. Воротницкий В. Э., Воротницкий В. В. Надежность распределительных электрических сетей 6(10) кВ Автоматизация с применением реклоузеров. // «Новости электротехники», 5, 2002 г.

2. Правила устройства электроустановок, 7-е издание, 2003 г.

3. Целебровский Ю.В. Выбор сопротивления резистора в нейтрали по условиям электробезопасности // Труды второй всероссийской научно-технической конференции “Ограничений перенапряжений и режимы заземления нейтрали сетей 6-35 кВ”, Новосибирск 2002.

4. Евдокунин Г.А. Анализ внутренних перенапряжений в сетях 6-10 кВ и обоснование ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция необходимости перевода сетей в режим с резистивньм заземлением нейтрали. Ограничение перенапряжений и режимы заземления нейтрали сетей 6-35 кВ // Труды Второй всероссийской научно-технической конференции. - Новосибирск: ГЦРО, 2002. С. 9-13.

5. Хабаров А.М. Разработка и исследование характеристик защит от однофазных замыканий на землю в сетях 6-35 кВ с резистивным заземлением нейтрали. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. – Новосибирск: НГТУ, УДК 624. Принципы проектирования энергосберегающих зданий Ю.Ю. Ильинский, Р.С. Федюк Дальневосточный федеральный университет, г. Владивосток, Россия E-mail: gera 210307@mail.ru Определена цель проектирования и строительства энергоэффективных зданий, которая состоит в более эффективном использовании энергоресурсов, затрачиваемых на энергоснабжение здания, путем применения инновационных решений, которые осуществимы технически, обоснованы экономически, а также приемлемы с экологической и социальной точек зрения и не изменяют привычного образа жизни. Решающее значение при выборе энергосберегающих технологий имеют технические решения, одновременно способствующие улучшению микроклимата помещений и защите окружающей среды.

Методология проектирования энергоэффективного здания должна основываться на системном анализе здания как единой энергетической системы. Представление энергоэффективного здания как суммы независимых инновационных решений нарушает принципы системности и приводит к потере энергетической эффективности проекта.

Проектирование энергоэффективного здания в соответствии с принципами системного анализа включает в себя три этапа [1]:

1. построение математической модели тепломассобменных процессов в здании, то есть описание их на языке математики;

2. выбор целевой функции, то есть определение ограничивающих условий и формулирование оптимизационной задачи в зависимости от цели оптимизации (снижение затрат энергии на отопление, снижение установочной мощности оборудования, снижение затрат энергии на климатизацию в годовом цикле и т.д.);

3. решение поставленной оптимизационной задачи.

В соответствии с принципами системного анализа целесообразно при проектировании энергоэффективного здания рассматривать две независимые энергетические подсистемы:

1. наружный климат как источник энергии;

2. здание как единая энергетическая система.

Анализ первой подсистемы позволяет вычислить энергетический потенциал наружного климата и определить методы его использования для тепло- и холодоснабжения здания [2]. Анализ второй подсистемы позволяет определить характеристики архитектурно-конструктивных, теплотехнических или энергетических показателей здания как единой энергетической системы.

Методика построения математической модели теплового режима здания как единой энергетической системы предполагает декомпозицию здания на три основные энергетически взаимосвязанные подсистемы:

1. энергетическое воздействие наружного климата на оболочку здания;

2. энергия, накопленная (содержащаяся) в оболочке здания, то есть в наружных ограждающих конструкциях здания;

3. энергия, накопленная (содержащаяся) внутри объема здания, то есть во внутреннем воздухе, внутреннем оборудовании, внутренних ограждающих конструкциях и т.д.

При необходимости каждая из указанных подсистем может быть представлена методом декомпозиции более мелкими энергетически взаимосвязанными элементами.

Проектирование энергоэффективного здания заключается в оптимизации трех вышеуказанныъх энергетически взаимосвязанных подсистем и здания в целом как единой энергетической системы и включает в себя:

1. определение оптимальных архитектурно-планировочных, теплотехнических или энергетических параметров отдельных элементов здания с учетом взаимосвязи между ними;

2. определение оптимальных архитектурно-планировочных, теплотехнических или энергетических параметров здания как единой энергетической системы.

ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция При реальном проектировании выбор оптимальной совокупности взаимосвязанных инновационных архитектурно-планировочных и инженерных решений энергоэффективного здания может быть стеснен рядом ограничений, так называемых «дисциплинирующих условий», которые фиксированы с самого начала и не могут быть нарушены (например, этажность или протяженность здания). При этом ставится задача оптимизации с заданными ограничениями, и цель достигается при получении оптимального решения с учетом заданных ограничений. В этом случае целесообразно ввести показатель тепловой эффективности проектного решения, который характеризует отличие принятого к проектированию здания от здания, наиболее эффективного в тепловом отношении:

W min =,0 W Здесь Wmin - затраты тепловой энергии на обеспечение теплового режима здания, наиболее эффективного в тепловом отношении, Вт;

W - затраты тепловой энергии на обеспечение теплового режима здания, принятого для проектирования, Вт. Максимальная тепловая эффективность достигается при =1.

В соответствии с представлением здания как единой энергетической системы тремя основными энергетически взаимосвязанными подсистемами показатель тепловой эффективности проектного решения может быть записан так:

= 1 2 0 i, 1, i = 1,2, Здесь 1 - показатель тепловой эффективности в части оптимального учета наружного климата;

2- то же в части оптимального выбора теплозащиты ограждающих конструкций;

3- то же в части оптимального выбора системы обеспечения теплового режима здания.

Принятие окончательного решения относится к компетенции ответственного лица (чаще группы лиц), которому предоставлено право окончательного выбора и на которого возложена ответственность за этот выбор. Делая выбор, он может учитывать наряду с рекомендациями, вытекающими из математического расчета, еще ряд соображений количественного и качественного характера, которые в проведённых расчетах не были учтены.

Список литературы:

1. Табунщиков Ю.А., Бродач М.М. Математическое моделирование и оптимизация тепловой эффективности зданий. М. АВОК-ПРЕСС, 2. Bogoslovskiy V.N. 1982. Building thermophysics. Stroyizdat, Moscow.

УДК 533.9 (075.8) Расчет реактора плазменного генератора тепла А.А. Каренгин, А.Г. Каренгин, А.Д. Побережников Томский политехнический университет, г. Томск, Россия E-mail: karenginaa@sibmail.com Проведен расчет и оптимизация реактора плазменного генератора тепловой энергии из нефтяных отходов (шламов). Для расчётов использовался лицензионный программный комплекс ANSYS FLUENT 6.3, имеющий обширную базу данных по газообразным, жидким и твердым топливным материалам и позволяющий рассчитывать многофазные ламинарные и турбулентные течения, процессы теплопередачи и химические реакции. Результаты проведенных исследований могут быть использованы для создания промышленных передвижных и стационарных плазменных генераторов тепла.

Как показано в работах [1-4], образующиеся в процессе добычи и переработки нефти нефтяные отходы (шламы) содержат значительное количество нефтепродуктов, обладают значительной теплотворной способностью (до 30…32 МДж/кг) и могут быть использованы для промышленного получения тепловой и электрической энергии.

На рисунке 1 приведена схема плазменного генератора тепла (ПГТ) на базе высокочастотного факельного (ВЧФ) плазмотрона.

Мощный поток тепловой энергии от горячих продуктов плазменного горения диспергированных горючих композиций на основе нефтяных отходов (шламов) идет на образование и нагрев водяного пара в баке-парогенераторе 13, который установлен внутри корпуса реактора 5. Из бака-парогенератора 13 перегретый пар направляется на повышение ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция температуры и снижение вязкости подготовленных горючих композиций для получения более тонкого распыления, а также на другие технологические цели.

Рис. 1. Схема плазменного генератора тепла: 1 – плазменный факел ВЧФ-плазмотрона, 2 – кварцевая разрядная камера, 3 – привод диспергатора горючих композиций, 4 – диспергатор горючих композиций, 5 – корпус реактора, 6 – отходящие газы, 7 – импеллер реактора с переменной входной площадью, 8 – забор наружного воздуха, 9 – реактор, 10, 11 – термопары, – манометр, 13 – бак-парогенератор.

На рисунке 2 представлена схема реактора плазменного генератора тепла Рис. 2. Схема реактора плазменного генератора тепла: 1 – воздушный поток;

2 – воздушная плазменная струя;

3 – диспергатор горючих композиций;

4 – отходящие газы Подача воздушного потока 1 в реактор осуществляется с различной скоростью VВП через импеллер с переменным углом закрутки. Воздушная плазменная струя 2 с различной температурой TПС и скоростью VПС вводится по оси реактора. Диспергатор 3 преобразует горючие композиции в диспергированные горючие композиции (ДГК) с различными размерами DДГК, скоростью VДГК и температурой TДГК капель. Образующиеся продукты горения ДГК в виде отходящих газов 4 выводятся из реактора.

При расчёте реактора использовался лицензионный программный комплекс ANSYS FLUENT 6.3, имеющий большую базу данных по газообразным, жидким и твердым топливным ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция материалам и позволяющий рассчитывать многофазные ламинарные и турбулентные течения, процессы теплопередачи и химические реакции.

Для построения геометрии и расчетной сетки модели реактора использовалась программа Gambit 2.4.

Для расчёта реактора выбрана модель горения без предварительного смешения (non premixed combustion model).

Движение капель диспергированных горючих композиций в реакторе рассчитывалось с помощью модели дискретных фаз (discrete phase model).

Обмен импульсом, теплотой, и массой между газом и каплями включался в расчет, чередуясь с расчётом траекторий капель и уравнений непрерывной газовой фазы.

Начальные условия ввода диспергированных горючих композиций в реактор задавались поверхностью диспергатора 3 с равномерно распределенным на нём конечным количеством точечных источников. Исходные параметры для расчета реактора плазменного генератора тепла представлены в таблице 1.

Таблица 1. Исходные параметры для расчета реактора ПГТ Диапазон Шаг Параметр значений дискретизации Скорость воздушного потока на входе в реактор, VВП 30…100 м/с 10 м/с 30…600 Угол закрутки воздушного потока на входе в реактор, Скорость воздушной плазменной струи на входе в 5…20 м/с 5 м/с реактор, VПС Температура воздушной плазменной струи на входе в 2000…4000 K 500 K реактор, TПС -6 - 2·10-6 м Размер капель ДГК на входе в реактор, DДГК 10 …10 м Скорость капель ДГК на входе в реактор, VДГК 1…10 м/с 1 м/с Температура капель ДГК на входе в реактор, TДГК 300…600 K 100 K Расход ДГК на входе в реактор, WДГК 500…1500 л/ч 500 л/ч Состав горючих композиций оптимального состава на основе нефтяного шлама, имеющих адиабатическую температуру горения tад1200 оС и обеспечивающих экологически безопасное сжигание, определялся из рисунка 3.

Рис. 3. Влияние содержания нефтепродуктов и механических примесей на адиабатическую температуру горения горючих композиций на основе нефтяных шламов На рисунке 4 представлено характерное распределение в продольном сечении реактора молярной концентрации СО (а) и СО2 (б) при плазменном горении нефтяных шламов в виде диспергированных горючих композиций оптимального состава.

ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, НАДЕЖНОСТЬ, БЕЗОПАСНОСТЬ Секция а) б) Рис. 4. Содержание СО и СО2 в продуктах плазменного горения диспергированных горючих композиций оптимального состава Анализ полученных результатов показывает, что во всём диапазоне изменения исходных параметров для расчёта реактора ПГТ (таблица 1) при плазменном сжигании нефтяных шламов в виде диспергированных горючих композиций оптимального состава образование СО происходит только в ограниченной области на входе в реактор при взаимодействии воздушной плазменной струи и капель диспергированных горючих композиций, а затем СО полностью переходит в СО2.

Это подтверждает экологически безопасную переработку нефтяных шламов в виде диспергированных горючих композиций оптимального состава.

На рисунке 5 представлено характерное распределение температуры в продольном сечении реактора при плазменном сжигании нефтяных шламов в виде диспергированных горючих композиций оптимального состава.

Рис. 5. Распределение температур в продольном сечении реактора при плазменном сжигании диспергированных горючих композиций оптимального состава Анализ полученных результатов показывает, что во всём диапазоне изменения исходных параметров для расчёта реактора (таблица 1) плазменное сжигание нефтяных шламов в виде диспергированных горючих композиций оптимального состава позволяет получать тепловые потоки с рабочей температурой не менее 1200 оС, при этом с каждой тонны отходов может быть получено не менее 2,0 МВт·ч (1,7 Гкал) тепловой энергии.

По результатам проведенных расчетов и анализа полученных результатов определены и могут быть рекомендованы для практической реализации следующие оптимальные технологические режимы работы реактора ПГТ, обеспечивающие экологически безопасное сжигание нефтяных шламов в виде горючих композиций оптимального состава: VВП = 80 м/с;

= 30о;

ТПС=3000 K;

VПС = 20 м/с;

TДГК = 600 K;

VДГК = 3м/с;

WДГК = 1000 л/ч.

Список литературы:

1. Каренгин А.Г, Ляхова В.А., Шабалин А.М. Установка плазмокаталитической утилизации нефтяных шламов // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. - 2007. - №4. С. 10-12.

2. Способ утилизации нефтяных шламов и плазмокаталитический реактор для его осуществления: пат. Рос. Федерация. №2218378;

заявл. 09.12.2002;



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.